竹纖維預(yù)處理對(duì)瀝青膠漿流變和開(kāi)裂特性的影響

摘" 要：為解決竹纖維在瀝青及混合料使用過(guò)程中分散不均、易結(jié)團(tuán)等問(wèn)題，對(duì)竹纖維采用硅烷偶聯(lián)劑、堿處理、熱處理進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)對(duì)預(yù)處理的3種竹纖維瀝青膠漿進(jìn)行溫度掃描和頻率掃描等流變性能測(cè)試，分析纖維預(yù)處理對(duì)竹纖維瀝青膠漿的復(fù)數(shù)剪切模量和相位角的影響，計(jì)算G-R常數(shù)、R參數(shù)并構(gòu)建黑色空間圖，對(duì)瀝青膠漿的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明：經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的竹纖維瀝青膠漿的改善流變性能最優(yōu)，復(fù)數(shù)剪切模量較基質(zhì)瀝青提升了140%，相位角減少了3.6%；熱處理方式次之，復(fù)數(shù)剪切模量提升了49.1%，相位角減少了2.4%，且開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)小，但是經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的竹纖維瀝青膠漿其G-R常數(shù)達(dá)到了306.53，有較大的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。綜合3種預(yù)處理方式對(duì)竹纖維瀝青膠漿流變性能和開(kāi)裂性能的影響，在瀝青中添加經(jīng)過(guò)熱處理的竹纖維能夠更好地改善瀝青的流變性能并規(guī)避較大的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：瀝青；竹纖維；預(yù)處理；流變性能；開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：U 416.217

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2024）04-0778

-08

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2024.0417開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

盛博晗，盛燕萍，崔適安，等.

竹纖維預(yù)處理對(duì)瀝青膠漿流變和

開(kāi)裂特性的影響

［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2024，44（4）：778-785.

SHENG Bohan，SHENG Yanping，CUI Shian，et al.

Influence of bamboo fiber pre-treatment on rheological and

cracking properties of asphalt mortar

［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2024，44（4）：778-785.

收稿日期：2024-01-21

基金項(xiàng)目：

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51608046）；山東省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（2022B27）

第一作者：

盛博晗，男，河南洛陽(yáng)人，碩士研究生，E-mail：921491583@qq.com

通信作者：

盛燕萍，女，浙江杭州人，教授，E-mail：syp@chd.edu.cn

Influence of bamboo fiber pre-treatment on rheological and

cracking properties of asphalt mortar

SHENG Bohan1，SHENG Yanping1，CUI Shian1，2，DUAN Shengtao3，

WANG Shubin3，SUN Huimin1，CAO Kun1

（1.School of Materials Science and Engineering，Chang’an University，Xi’an 710061，China；

2.Shanxi Transportation Science Highway Survey and Design Institute Co.，Ltd.，Taiyuan 030032，China；

3.Gaode Highway Construction （Dezhou） Co.，Ltd.，Dezhou 253500，China）

Abstract：

To solve the problems of uneven dispersion and easy agglomeration of bamboo fibers in the use of asphalt and mixtures，bamboo fibers were pre-treated with a silane coupling agent，alkali treatment，and heat treatment.Rheological properties such as temperature and frequency scanning were tested on the three types of bamboo fiber asphalt mortars that had been pretreated，and the effect of fiber pretreatment on the complex shear modulus and phase angle of bamboo fiber asphalt mortar was analyzed.Its G-R constant and phase angle were calculated to evaluate the cracking risk of asphalt mortar by constructing a black space map with R parameters.The results show that the bamboo fiber asphalt mastic treated with silane coupling agent has the best improved rheological properties，with the complex shear modulus increased by 140% and the phase angle decreased by 3.6% compared with that of matrix asphalt; the heat treatment method is the second best，with the complex shear modulus increased by 49.1%，the phase angle decreased by 2.4%，and the risk of cracking is small; however，the G-R constant of bamboo fiber asphalt mastic treated with silane coupling agent reaches 306.53，which has a greater risk of cracking.Taking into account the effects of three pre-treatment methods on the rheological and cracking properties of bamboo fiber asphalt mortar，it is found that adding bamboo fibers to asphalt through heat treatment can better improve the rheological properties of asphalt and avoid significant cracking risks.

Key words：asphalt；bamboo fiber；pre-treatment；rheological properties；cracking risk

0" 引" 言

開(kāi)裂是中國(guó)瀝青路面的主要病害之一，路面裂縫一旦出現(xiàn)后，在交通荷載的反復(fù)作用下，很快就會(huì)產(chǎn)生沉陷、沖刷和翻漿等更嚴(yán)重的病害［1-2］。經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，研究人員發(fā)現(xiàn)纖維的加入可以有效提高瀝青混合料的抗裂性能，如玄武巖纖維、聚酯纖維、玻璃纖維、植物纖維等的加入對(duì)瀝青路面延緩開(kāi)裂均有不同程度的提升［3-5］。目前，植物纖維由于其易獲取、易加工、綠色環(huán)保、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在瀝青路面工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

竹纖維作為植物纖維中的一種，具有來(lái)源廣泛、加工簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、可再生等多種優(yōu)勢(shì)。中國(guó)是世界竹子中心產(chǎn)區(qū)之一，是世界上竹類(lèi)資源最豐富、竹林面積最大、竹材產(chǎn)量最多、栽培歷史最悠久、經(jīng)營(yíng)管理水平較高的國(guó)家。竹子栽種成活后2～3年即可成林，可再生能力強(qiáng)。近年來(lái)，以竹纖維為代表的植物纖維可再生利用材料在道路工程領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注［6-8］。

已有研究表明，竹纖維可以提升瀝青膠漿的流變性能和瀝青混合料的路用性能［9-11］。JIA研究發(fā)現(xiàn)竹纖維的加入對(duì)改善瀝青混合料的力學(xué)性能具有重要意義，竹纖維的摻入提高了瀝青混合料的高溫剪切強(qiáng)度和低溫柔韌性，僅加入0.3%的竹纖維就提高了瀝青混合料的抗車(chē)轍性和疲勞壽命［12］；JIA對(duì)老化的竹纖維瀝青混合料進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模量和單軸疲勞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加入竹纖維可以使瀝青混合料在長(zhǎng)期老化過(guò)程中保持較高的動(dòng)態(tài)模量，并且可以提高其剛度和疲勞性能［13］；LI等發(fā)現(xiàn)竹纖維瀝青膠漿具有良好的抗老化性能和熱穩(wěn)定性，且竹纖維瀝青混合料有較好的路用性能［14］；崔小攀等為研究不同纖維對(duì)瀝青流變性能的影響，對(duì)纖維素纖維瀝青的三大指標(biāo)和復(fù)數(shù)剪切模量進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)纖維素纖維對(duì)改善瀝青的溫度敏感性效果最顯著并具有更好的抗車(chē)轍性能［15］；唐國(guó)茜為研究竹纖維對(duì)瀝青膠漿的改善情況，對(duì)瀝青進(jìn)行了流變性能的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)竹纖維瀝青膠漿高溫性能顯著，瀝青膠漿的力學(xué)性能也有顯著提高，并建議了不同種類(lèi)的竹纖維的長(zhǎng)度和摻量［16］；夏超明等為研究竹纖維瀝青混合料的疲勞性能和纖維增強(qiáng)機(jī)理，采用掃描電子顯微鏡揭示竹纖維增強(qiáng)瀝青混合料疲勞性能的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)竹纖維使瀝青混合料對(duì)初始疲勞損傷的阻滯和瀝青混合料自愈能力有明顯的改善［17］；XIE等通過(guò)DSR和BBR試驗(yàn)研究了玄武巖纖維和竹纖維對(duì)瀝青膠漿改性的影響，發(fā)現(xiàn)瀝青膠漿中竹纖維對(duì)抗車(chē)轍性能有正向影響，對(duì)抗疲勞性能有負(fù)向影響，同時(shí)竹

纖維的加入可提高瀝青膠漿的抗低溫開(kāi)裂性能［18］。

竹纖維的加入可以提高瀝青混合料的路用性能，但是在實(shí)際工程應(yīng)用中，竹纖維在與瀝青混合料的拌和過(guò)程中容易結(jié)團(tuán)，也就是竹纖維在瀝青混合料中的分散性很差，從而導(dǎo)致竹纖維對(duì)瀝青混合料性能的提升受限［19-21］。因此為獲得性能穩(wěn)定、

纖維分散均勻的瀝青混合料，需要對(duì)竹纖維進(jìn)行預(yù)處理，以改善竹纖維與瀝青的界面相容性，目前對(duì)植物類(lèi)纖維采用的預(yù)處理方法主要有熱處理、堿處理和硅烷偶聯(lián)劑處理等。CUI等采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)竹纖維進(jìn)行預(yù)處理發(fā)現(xiàn)處理過(guò)的纖維具有更好的黏附性，黏合功比未處理的纖維提高66.7%，預(yù)處理過(guò)的竹纖維瀝青膠漿有更好的流變性能，車(chē)轍因子得到了改善并提高了瀝青的疲勞壽命［22］；張偉等利用KH-570硅烷偶聯(lián)劑對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)處理發(fā)現(xiàn)纖維與瀝青的相容性以及高溫流變性能得到了明顯提升［23］；賈暗明等采用三聚氰胺-甲醛共聚物改變了竹纖維表面結(jié)構(gòu)，改性后竹纖維與瀝青的界面結(jié)合得到改善［24］；覃鵬飛使用單寧酸對(duì)竹纖維進(jìn)行改性，竹纖維的結(jié)晶度和降解溫度提高，車(chē)轍因子和變形恢復(fù)也獲得了相應(yīng)的提升［25］；郭陽(yáng)研究發(fā)現(xiàn)使用KH-550改性后植物纖維表面附著更多的硅烷小顆粒，使其表面更為粗糙，增大了纖維的比表面積，纖維經(jīng)過(guò)改性處理后吸濕率也有一定程度的降低［26］；MUKATAR發(fā)現(xiàn)，堿處理可以去除植物纖維表面的蠟、半纖維素和果膠等不利于纖維力學(xué)性能的成分，從而起到減少纖維團(tuán)聚現(xiàn)象來(lái)提升纖維的改善作用［27］；HUANG采用乙酰胺/氫氧化鈉復(fù)合共聚物處理竹纖維，并對(duì)改性處理前后的竹纖維強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明處理后的竹纖維斷裂強(qiáng)度比未處理的竹纖維降低約6%，但處理后的竹纖維具有更好的界面相容性［28］；SHENG通過(guò)建立溫度與竹纖維質(zhì)量損失的關(guān)系，證明竹纖維具有良好的熱穩(wěn)定性，通過(guò)對(duì)竹纖維進(jìn)行熱處理，纖維中的游離水被去除，有利于竹纖維與瀝青之間的黏附［29］；沈寒知對(duì)熱處理后的劍麻纖維進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度比未處理的原纖維得到提升這是由于纖維素的熱解溫度比半纖維素高，在一定溫度下熱處理可以使纖維表面半纖維素發(fā)生降解而不損壞纖維素的結(jié)構(gòu)，纖維的界面相容性因此得到改善［30］。

由此可知，目前有多種有效的纖維預(yù)處理方法可以改善植物纖維在瀝青及瀝青混合料中的分散性。以硅烷偶聯(lián)劑、熱、堿3種不同的方法對(duì)竹纖維進(jìn)行預(yù)處理，提高其與瀝青的界面相容性，研究不同預(yù)處理方式對(duì)竹纖維瀝青膠漿流變學(xué)性質(zhì)與開(kāi)裂行為的影響規(guī)律，為竹纖維在瀝青路面中的工程應(yīng)用提供一定的理論參考。

1" 原材料與試驗(yàn)方法

1.1" 試驗(yàn)原材料

竹纖維來(lái)自四川省眉山市的楠竹，采用由當(dāng)?shù)刂癫募庸S(chǎng)生產(chǎn)廢料中獲取的楠竹渣纖維（圖1），并對(duì)竹纖維的物理性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試（表1）。

采用的瀝青為SK 70#，等級(jí)為A級(jí)。瀝青的25 ℃針入度、15 ℃延度、軟化點(diǎn)及60 ℃動(dòng)力黏度均符合規(guī)范要求（表2）。

1.2" 竹纖維的預(yù)處理及竹纖維瀝青膠漿的制備

對(duì)竹纖維進(jìn)行預(yù)處理可改善竹纖維與瀝青的界面相容性。未經(jīng)處理的竹纖維含有較多蠟質(zhì)、果膠等不利于纖維與瀝青結(jié)合的成分，會(huì)使竹纖維在與瀝青混合料的拌合過(guò)程中發(fā)生團(tuán)聚。同時(shí)竹纖維中存在的水分易使吸附瀝青與纖維發(fā)生剝離，這會(huì)導(dǎo)致竹纖維瀝青混合料內(nèi)形成應(yīng)力薄弱區(qū)。綜合選擇了硅烷偶聯(lián)劑處理、堿處理、熱處理3種常用的預(yù)處理方式對(duì)竹纖維進(jìn)行預(yù)處理，以期提高竹纖維在瀝青混合料中的分散均勻性。

1.2.1" 硅烷偶聯(lián)劑處理

采用硅烷偶聯(lián)劑KH-570處理竹纖維，配置成3∶7體積分?jǐn)?shù)的無(wú)水乙醇與蒸餾水混合溶液，加入溶液總質(zhì)量2%的硅烷偶聯(lián)劑。充分?jǐn)嚢璨㈧o置30 min，將竹纖維完全浸沒(méi)溶液中浸泡60 min。完成浸泡后取出纖維，放入80 ℃烘箱中烘干，取出纖維備用。

1.2.2" 堿處理

具體處理方法是將配置好的1%的NaOH溶液中放入竹纖維，浸泡1 h后取出。放入80 ℃烘箱中烘干，最后將纖維取出備用。

1.2.3" 熱處理

具體制備方法是將竹纖維清洗干凈后放入160 ℃烘箱中加熱3 h，將纖維取出后備用。

1.2.4" 竹纖維瀝青膠漿的制備

制備竹纖維瀝青膠漿時(shí)，分別稱(chēng)重瀝青和瀝青質(zhì)量1.5%的竹纖維，控制竹纖維的長(zhǎng)度在3～6 mm之間。在160 ℃溫度下剪切瀝青，設(shè)置剪切速度為1 500 r/min。為了保證竹纖維的尺寸范圍基本準(zhǔn)確，使用較低速度進(jìn)行剪切，防止纖維發(fā)生斷裂。在剪切過(guò)程中，需要將竹纖維均勻的添加到瀝青中，以免纖維出現(xiàn)團(tuán)聚的現(xiàn)象。剪切30 min后，完成竹纖維瀝青膠漿的制備。

1.3" 試驗(yàn)方法

為了研究竹纖維瀝青膠漿在中溫及高溫條件下的流變性質(zhì)，通過(guò)溫度掃描試驗(yàn)對(duì)基質(zhì)瀝青、未處理竹纖維瀝青、硅烷偶聯(lián)劑處理、堿處理、熱處理竹纖維瀝青在中高溫條件下的黏彈性進(jìn)行了測(cè)試和分析。

依照AASHTO 2013規(guī)范對(duì)4種竹纖維瀝青膠漿和SK70#瀝青進(jìn)行了溫度掃描試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度設(shè)置為46，52，58，64，70和76" ℃，以10 Hz的頻率進(jìn)行掃描，應(yīng)力水平為設(shè)置12%。通過(guò)試驗(yàn)獲得不同竹纖維瀝青膠漿的復(fù)數(shù)剪切模量和相位角，揭示高溫條件下瀝青膠漿的流變性能。

采用頻率掃描試驗(yàn)對(duì)所制備的瀝青樣品在不同溫度和頻率范圍的流變性能進(jìn)行試驗(yàn)和分析，通過(guò)在0.1%～30%的應(yīng)變振幅范圍內(nèi)進(jìn)行了應(yīng)變振幅掃描試驗(yàn)，確定了瀝青試樣的線(xiàn)性黏彈性應(yīng)變范圍。進(jìn)行頻率掃描試驗(yàn)，在頻率0.1～25 Hz的6種不同溫度（46，52，58，64，70，76 ℃）下獲得試樣的復(fù)剪切模量和相位角，將得到的5種瀝青的頻率掃描結(jié)果繪制成黑色空間圖，并計(jì)

算G-R常數(shù)與R參數(shù)對(duì)瀝青的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)估。

2" 結(jié)果分析

2.1" 竹纖維瀝青膠漿流變特性

對(duì)5種瀝青膠漿進(jìn)行溫度掃描試驗(yàn)，得到不同

溫度下瀝青膠漿的復(fù)數(shù)剪切模量G*，如圖2所示。

從圖2可以看出，在中高溫條件下，竹纖維瀝青膠漿與基質(zhì)瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量具有顯著差異。摻加竹纖維的4種瀝青膠漿的復(fù)數(shù)剪切模量在46" ℃到76" ℃的溫度范圍內(nèi)均大于基質(zhì)瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量，說(shuō)明竹纖維的加入可以有效提高瀝青的模量，使瀝青的抗變形能力更強(qiáng)。經(jīng)過(guò)處理后的3種竹纖維瀝青膠漿均比未處理竹纖維瀝青膠漿具有更大的復(fù)數(shù)剪切模量，但堿處理和熱處理對(duì)竹纖維瀝青膠漿復(fù)數(shù)剪切模量的提升有限，硅烷偶聯(lián)劑處理對(duì)竹纖維瀝青膠漿復(fù)數(shù)剪切模量的提升效果最為明顯。在46" ℃時(shí)，硅烷偶聯(lián)劑處理的竹纖維瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量與未處理竹纖維瀝青的相比提高了83.6%，與基質(zhì)瀝青相比提高了140%；熱處理竹纖維瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量與未處理竹纖維瀝青的相比提高了13.1%，與基質(zhì)瀝青相比提高了49.1%；堿處理竹纖維瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量與未處理竹纖維瀝青的相比提高了2.1%，與基質(zhì)瀝青相比提高了34.6%。這是因?yàn)橹窭w維在瀝青中的吸附作用有效提高了瀝青膠漿的黏度，使得結(jié)構(gòu)瀝青比例增加，流動(dòng)瀝青的比例減少，從而瀝青的高溫穩(wěn)定性得到提升。在高溫時(shí)，4種竹纖維瀝青膠漿的復(fù)數(shù)剪切模量值相差很小，且均大于基質(zhì)瀝青在76 ℃時(shí)的復(fù)數(shù)剪切模量。這是由于在中溫時(shí)瀝青具有較強(qiáng)的抗變形能力，

隨著溫度的上升，瀝青的彈性模量逐漸減小，導(dǎo)致在高溫條件下竹纖維瀝青膠漿的抗變形能力主要依賴(lài)竹纖維的網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，因此在76" ℃時(shí)4種竹纖維瀝青膠漿的復(fù)數(shù)剪切模量相似且均大于基質(zhì)瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量。

相位角是表征瀝青黏彈性的重要參數(shù)，反映了材料承受載荷時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變之間的時(shí)間差，當(dāng)相位角為0°時(shí)表示材料具有純彈性性質(zhì)，相位角為90°時(shí)表示材料具有純黏性性質(zhì)，瀝青的相位角處于這2個(gè)值之間，是一種對(duì)溫度較為敏感的黏彈性材料，基質(zhì)瀝青和4種竹纖維瀝青膠漿相位角大小隨溫度變化，如圖3所示。

4種不同竹纖維瀝青膠漿中，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑預(yù)處理過(guò)的竹纖維瀝青膠漿的相位角降低效果最顯著，熱處理竹纖維瀝青膠漿和堿處理竹纖維瀝青膠漿的相位角隨溫度變化趨勢(shì)相似。在46" ℃時(shí)，硅烷偶聯(lián)劑處理竹纖維瀝青膠漿的相位角與未處理竹纖維瀝青相比下降了4.1%；熱處理竹纖維瀝青膠漿的相位角與未處理竹纖維瀝青相比下降了2.4%；堿處理竹纖維瀝青膠漿的相位角與未處理竹纖維瀝青相比下降了1.9%，竹纖維瀝青膠漿的相位角均小于基質(zhì)瀝青，且竹纖維對(duì)瀝青膠漿相位角的影響在中溫條件下的影響較為顯著，這是由于竹纖維的高吸油性導(dǎo)致竹纖維吸附了部分瀝青，自由瀝青比例的減少阻礙了瀝青的流動(dòng)，但在高溫條件下，預(yù)處理后的竹纖維瀝青膠漿流變性能與未處理竹纖維的基本相同。

2.2" 竹纖維瀝青膠漿開(kāi)裂預(yù)測(cè)

Glover-Rowe參數(shù)（G-R常數(shù)）是為了評(píng)估瀝青的抗裂性而提出的。這種方法最初是Glover將瀝青在常見(jiàn)溫度和頻率范圍內(nèi)獲得的剪切模量和動(dòng)態(tài)黏度與瀝青的非負(fù)載開(kāi)裂進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并通過(guò)試驗(yàn)的開(kāi)裂數(shù)據(jù)進(jìn)一步的驗(yàn)證。

黑色空間圖是由不同溫度下的頻率掃描試驗(yàn)得到的復(fù)剪切模量與相位角的關(guān)系圖。這種表示方式消除了測(cè)試參數(shù)（頻率和溫度），使分析瀝青材料的黏彈性響應(yīng)無(wú)需執(zhí)行原始動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的時(shí)間-溫度疊加原理操作。除了分析瀝青材料的流變性質(zhì)外，黑色空間圖還可以用來(lái)分析瀝青材料的黏彈性。

G-R常數(shù)可以用來(lái)表征瀝青材料的抗裂性，G-R常數(shù)越大說(shuō)明瀝青材料的抗裂能力越差，開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)越大。G-R常數(shù)為180時(shí)是開(kāi)裂閾值，此時(shí)瀝青材料可能開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)小裂縫；當(dāng)G-R常數(shù)為450時(shí)，瀝青嚴(yán)重開(kāi)裂破壞，此時(shí)瀝青材料被認(rèn)為無(wú)法繼續(xù)使用。

G-R常數(shù)是在15" ℃，0.005 rad/s的條件下，通過(guò)式（1）計(jì)算。

G－R=G*×cosδ2/sinδ

（1）

式中" G*為復(fù)數(shù)剪切模量，Pa；δ為相位角，（°）。

將得到的5種瀝青的頻率掃描結(jié)果進(jìn)行處理繪制成黑色空間圖（圖4）。

基質(zhì)瀝青、硅烷偶聯(lián)劑處理竹纖維瀝青和熱處理竹纖維瀝青的散點(diǎn)變化趨勢(shì)較為平滑，而堿處理竹纖維瀝青和未處理竹纖維瀝青的散點(diǎn)變化趨勢(shì)發(fā)生輕微的離散。與基質(zhì)瀝青相比，4種竹纖維瀝青的散點(diǎn)向相位角較小的方向逐漸移動(dòng)，這表明竹纖維瀝青的彈性行為明顯增強(qiáng)，這是竹纖維形成的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)阻礙瀝青流動(dòng)導(dǎo)致的。

將15" ℃，0.005 rad/s的條件下的復(fù)數(shù)剪切模量和相位角代入式（1）計(jì)算，

得到5種瀝青的G-R常數(shù)，并繪制含有G-R常數(shù)的黑色空間圖（圖5）。

除基質(zhì)瀝青外，其他竹纖維瀝青的G-R常數(shù)均大于180，意味著竹纖維瀝青膠漿在常溫低頻的剪切作用下可能發(fā)生不同程度的開(kāi)裂，其中硅烷偶聯(lián)劑處理竹纖維瀝青的G-R常數(shù)最大（306.53），堿處理竹纖維瀝青、熱處理竹纖維瀝青以及未處理竹纖維瀝青的G-R常數(shù)相差不大，分別是220.83，211.07和203.80。盡管經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的竹纖維瀝青在該條件下具有較大的復(fù)數(shù)剪切模量和最小的相位角，但該狀態(tài)下瀝青過(guò)硬過(guò)脆，具有較大的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

竹纖維在瀝青膠漿和瀝青混合料中的作用不同，竹纖維摻入瀝青混合料中可有效提升其整體的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。但由圖6竹纖維瀝青膠漿的R參數(shù)可知，竹纖維的摻入不利于瀝青膠漿的低溫性能，這與竹纖維能夠吸附瀝青的特性有關(guān)，在竹纖維與瀝青的拌合過(guò)程中，竹纖維吸附了瀝青中的飽和分、芳香分等自由瀝青的成分，使得瀝青中的瀝青質(zhì)與膠質(zhì)等結(jié)構(gòu)瀝青的相對(duì)含量增加，導(dǎo)致瀝青膠漿變稠變硬，從而限制了瀝青膠漿的低溫抗裂性能。雖然3種預(yù)處理后的竹纖維去除了竹纖維表面雜質(zhì)并與瀝青具有更好的界面性質(zhì)，但是竹纖維經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，纖維的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化進(jìn)而導(dǎo)致纖維強(qiáng)度與力學(xué)性能下降，這對(duì)竹纖維瀝青膠漿的抗開(kāi)裂性能造成了不利的影響。

為了使5種瀝青抗裂性能的對(duì)比更加清晰，在G-R常數(shù)的基礎(chǔ)上使用R參數(shù)進(jìn)一步分析瀝青試樣的抗裂性能。R值可以為預(yù)處理后的竹纖維瀝青膠漿的應(yīng)用提供參考依據(jù)，并預(yù)測(cè)瀝青膠漿的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。用R值將黑色空間圖精準(zhǔn)地劃分為不同級(jí)別的裂紋敏感區(qū)。

R參數(shù)的計(jì)算公式為

R=log2×logG*Gglog1－δ90

（2）

式中" R值為1，2，3；Gg為玻璃模量，其值為109 Pa。

R值是表征潛在損傷的重要參數(shù)，R值越大，瀝青的損傷越嚴(yán)重，當(dāng)Rgt;3時(shí)，認(rèn)為瀝青膠漿發(fā)生了嚴(yán)重的開(kāi)裂損傷。

將黑色空間圖數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，繪制擬合曲線(xiàn)和R=1、R=2、R=3的曲線(xiàn)在同一黑色空間圖內(nèi)（圖6）。

基質(zhì)瀝青的曲線(xiàn)完全位于R值1～2的范圍內(nèi)，其他幾種竹纖維瀝青的曲線(xiàn)均有位于R=2曲線(xiàn)之下的部分，隨著相位角的增加，瀝青的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)逐漸降低。經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理竹纖維瀝青的曲線(xiàn)在R=2以下的部分最多，這表明其具有較大的潛在開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

綜合分析表明，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的竹纖維對(duì)瀝青的流變特性具有正向影響，對(duì)瀝青膠漿的抗開(kāi)裂性能有不利影響。而熱處理后竹纖維瀝青膠漿的流變特性和抗開(kāi)裂性能均得到一定的改善，同時(shí)熱處理是3種預(yù)處理方式中最為簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的，因此推薦熱處理方式對(duì)竹纖維進(jìn)行預(yù)處理。

3" 結(jié)" 論

1）經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑、熱處理、堿處理等預(yù)處理的竹纖維瀝青膠漿對(duì)瀝青流變性能均有不同程度的改善，其復(fù)數(shù)剪切模量分別提高了83.6%、13.1%、2.1%，這說(shuō)明經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的竹纖維對(duì)瀝青的流變特性影響最大，熱處理居中，堿處理次之。

2）對(duì)硅烷偶聯(lián)劑、熱處理、堿處理等預(yù)處理之后，竹纖維瀝青膠漿的相位角均小于基質(zhì)瀝青的相位角，分別下降了4.1%、2.4%、1.9%，這說(shuō)明經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的竹纖維對(duì)瀝青的黏彈性影響最大，熱處理居中，堿處理次之。

3）硅烷偶聯(lián)劑、熱處理、堿處理等預(yù)處理竹纖維瀝青膠漿的G-R常數(shù)分別為306.53、220.83和211.07，硅烷偶聯(lián)劑處理過(guò)的竹纖維對(duì)瀝青的抗開(kāi)裂性能有不利影響。結(jié)合3種預(yù)處理方法對(duì)竹纖維瀝青流變性能的改善情況以及開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)估，推薦使用熱處理的方式對(duì)竹纖維進(jìn)行預(yù)處理。

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（責(zé)任編輯：李克永）